基于系統(tǒng)思維加強(qiáng)液體火箭發(fā)動機(jī)可靠性管理

熊莉芳、林源、夏開紅 /西安航天動力研究所

高質(zhì)量保證成功、高效率完成任務(wù)、高效益推動航天強(qiáng)國和國防建設(shè)是我國航天事業(yè)目前的“三高”發(fā)展目標(biāo)，液體火箭發(fā)動機(jī)具有系統(tǒng)復(fù)雜、性能高、環(huán)境惡劣、成本高等特點，確保發(fā)動機(jī)工作可靠性對于保證航天任務(wù)的成功至關(guān)重要。錢學(xué)森說：“產(chǎn)品的可靠性是設(shè)計出來的、生產(chǎn)出來的、管理出來的。”可靠性設(shè)計、生產(chǎn)、管理是個系統(tǒng)工程，三者缺一不可。其中，可靠性管理起著提綱挈領(lǐng)作用。液體火箭發(fā)動機(jī)的可靠性管理應(yīng)用系統(tǒng)工程方法，將發(fā)動機(jī)在設(shè)計、生產(chǎn)、試驗、使用等全壽命周期內(nèi)的各項可靠性活動進(jìn)行計劃、組織、監(jiān)督和控制等，用最少的資源實現(xiàn)產(chǎn)品的可靠性目標(biāo)。當(dāng)前，液體火箭發(fā)動機(jī)的可靠性管理在全局狀態(tài)系統(tǒng)把控、可靠性工作體系健全、可靠性標(biāo)準(zhǔn)有效規(guī)范等方面還有較大提升空間，為保證任務(wù)成功，液體火箭發(fā)動機(jī)可靠性管理必須強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)工程和系統(tǒng)思維理念。

一、可靠性管理發(fā)展現(xiàn)狀

可靠性工程自1957年美國電子設(shè)備可靠性咨詢組（AGREE）發(fā)布《軍用電子設(shè)備可靠性》而問世，20世紀(jì)80年代深入發(fā)展。美國國防部1980年頒布頂層文件《可靠性與維修性》，1985年推出了《可靠性及維修性2000年行動計劃》，旨在從可靠性管理入手，自上而下增強(qiáng)各級對可靠性管理工作的重視。為貫徹和實施以可靠性增長過程為核心的GEIA-STD-0009標(biāo)準(zhǔn)，美國國防部于2009年5月頒布了《可靠性增長管理手冊》。美國國家航空航天局在2008年率先提出一套基于系統(tǒng)工程理論的全生命周期故障管理理論與方法。歐洲空間局緊跟其后，在歐洲宇航企業(yè)全面推行可靠性管理工作，構(gòu)建可靠性保證管理系統(tǒng)。目前，美國和歐洲均已建立起較為完善的故障模式庫、故障案例庫，實行可靠性信息一元化管理，做到資源共享，合理利用。

20世紀(jì)80年代，可靠性管理技術(shù)開始在我國宇航型號和武器裝備研制中全面推行。1998年，我國制定了《裝備可靠性工作通用要求》和《航天產(chǎn)品可靠性保證要求》頂層標(biāo)準(zhǔn)，在航天型號研制過程中得到廣泛應(yīng)用。進(jìn)入21世紀(jì)，可靠性系統(tǒng)工程理念已經(jīng)深入人心，更加強(qiáng)調(diào)如何加強(qiáng)系統(tǒng)思維、做好可靠性工作的頂層策劃，以提升可靠性管理能力。本文結(jié)合液體火箭發(fā)動機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀，提出基于系統(tǒng)思維構(gòu)建和完善可靠性組織體系、技術(shù)體系、標(biāo)準(zhǔn)體系、流程體系和文件體系，構(gòu)建完整系統(tǒng)的可靠性管理體系，從而進(jìn)一步加強(qiáng)液體火箭發(fā)動機(jī)的可靠性管理能力。

二、可靠性組織體系

提升液體火箭發(fā)動機(jī)可靠性管理能力需先建立清晰的可靠性組織體系，液體火箭發(fā)動機(jī)的可靠性組織體系建議從2個維度同步建立（見圖1）。一個維度是以產(chǎn)品為基線，按照不同領(lǐng)域發(fā)動機(jī)分類，分別成立以總設(shè)計師和總指揮為產(chǎn)品可靠性工程的負(fù)責(zé)人，下設(shè)專業(yè)可靠性工程師；另一個維度是以組織為基線，按照院級、廠所級、科室級等類別，自上而下成立可靠性組織。院級可靠性部門應(yīng)用系統(tǒng)思維，統(tǒng)籌策劃全院可靠性管理工作，包括可靠性技術(shù)的規(guī)劃、實施、監(jiān)督、考核等，并建立不同層級的可靠性組織目標(biāo)體系。廠所級可靠性部門主要負(fù)責(zé)全所可靠性技術(shù)規(guī)劃、重大共性基礎(chǔ)可靠性技術(shù)研究、可靠性標(biāo)準(zhǔn)制定、可靠性信息管理分析、可靠性流程和文件體系建立、可靠性教育培訓(xùn)、可靠性設(shè)計分析試驗評估管理的工具開發(fā)等。科室級可靠性小組負(fù)責(zé)主管產(chǎn)品的具體可靠性工作。院級、廠所級和科室級可以同時采用矩陣式，又稱系統(tǒng)式組織體制，即科室級可靠性小組同時隸屬于廠所級可靠性部門。

圖1 液體火箭發(fā)動機(jī)可靠性組織體系框架

目前，隨著液體火箭發(fā)動機(jī)產(chǎn)品保證體系的建設(shè)，研究所初步形成了可靠性組織體系框架。后續(xù)，還需系統(tǒng)完善，明晰崗位職責(zé)，同時建立不同層級的可靠性組織目標(biāo)體系。

三、可靠性技術(shù)體系和標(biāo)準(zhǔn)體系

根據(jù)GJB 450A和QJ 1408A等標(biāo)準(zhǔn)，研究所充分結(jié)合液體火箭發(fā)動機(jī)的工作特點，從可靠性要求、管理、設(shè)計、分析、試驗、評估等工作項目開展技術(shù)體系建設(shè)，初步研究建立了液體火箭發(fā)動機(jī)可靠性技術(shù)體系框架，如圖2所示。其中，可靠性管理工作項目包含可靠性保證計劃、可靠性評審、對供方的可靠性監(jiān)督、可靠性信息管理、可靠性增長管理、可靠性培訓(xùn)；強(qiáng)度設(shè)計包含疲勞設(shè)計、耐久性設(shè)計、損傷容限設(shè)計等；熱設(shè)計包含主動熱設(shè)計和被動熱防護(hù)設(shè)計；發(fā)動機(jī)可靠性試驗分為環(huán)境與應(yīng)力篩選、可靠性研制/增長試驗、可靠性鑒定試驗、可靠性驗收試驗4種；可靠性研制/增長試驗包含可靠性研制試驗、可靠性增長試驗及燃燒穩(wěn)定性試驗；可靠性驗收試驗包含工藝驗收試車、熱標(biāo)試車及抽檢試車等；可靠性評價不僅包含對發(fā)動機(jī)的性能和結(jié)構(gòu)可靠性評估，還包含對交付產(chǎn)品可靠性評價及產(chǎn)品成熟度評價等。后續(xù)，研究所將根據(jù)實際應(yīng)用情況，持續(xù)迭代完善液體火箭發(fā)動機(jī)的可靠性技術(shù)體系，為發(fā)動機(jī)研制提供可靠性專業(yè)支撐。

圖2 液體火箭發(fā)動機(jī)可靠性技術(shù)體系框架

根據(jù)可靠性技術(shù)體系，同步完善液體火箭發(fā)動機(jī)可靠性標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)，針對技術(shù)體系中的可靠性要素，梳理相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。目前，還需進(jìn)一步進(jìn)行系統(tǒng)頂層策劃，從產(chǎn)品、過程、可靠性要素等維度全面覆蓋，按照急用先行原則，迭代完善二層次和三層次的可靠性標(biāo)準(zhǔn)，從而構(gòu)建完整的液體火箭發(fā)動機(jī)可靠性標(biāo)準(zhǔn)體系，發(fā)揮標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)支撐作用。

另外，研究所持續(xù)加強(qiáng)對國外可靠性標(biāo)準(zhǔn)的移植工作，如《可靠性增長管理手冊》《策劃、編制、管理有效的可靠性與維修性大綱》等。

四、可靠性流程體系和文件體系

要將可靠性工作落到實處，僅僅有可靠性技術(shù)理論和工作熱情是不夠的，還必須有規(guī)范的可靠性流程體系和文件體系。液體火箭發(fā)動機(jī)可靠性工作與設(shè)計、生產(chǎn)、試驗、使用等工作同步進(jìn)行，目前研究所已形成液體火箭發(fā)動機(jī)不同研制階段的可靠性保證工作流程框架，如圖3所示。

圖3 液體火箭發(fā)動機(jī)可靠性保證工作流程框架

應(yīng)用系統(tǒng)思維理論，將同一領(lǐng)域發(fā)動機(jī)、不同型號、各級次產(chǎn)品作為一個整體，并將涉及的多個研制單位、研制階段和工作項目形成有機(jī)整體，引入流程管理、數(shù)據(jù)技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)，建立不同領(lǐng)域發(fā)動機(jī)可靠性信息庫，通過流程和數(shù)據(jù)驅(qū)動，將可靠性保證技術(shù)項目嵌入流程中，實施精準(zhǔn)高效的可靠性管理。

目前，液體火箭發(fā)動機(jī)已形成一定量的可靠性相關(guān)文件，但文件發(fā)揮的作用有限，建議借鑒美國國家航空航天局的可靠性管理文件樹，進(jìn)一步系統(tǒng)完善可靠性文件體系。液體火箭發(fā)動機(jī)文件體系框架如圖4所示。

圖4 液體火箭發(fā)動機(jī)可靠性保證文件體系框架

文件體系建設(shè)建議針對不同型號發(fā)動機(jī)的實際特點來編制，如成熟批產(chǎn)型號發(fā)動機(jī)和新型預(yù)研發(fā)動機(jī)的可靠性保證大綱等文件的關(guān)注點是不同的。另外，文件體系應(yīng)加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用、數(shù)字化生成和信息化管理。

流程和文件體系是同步開展的，研究所應(yīng)加強(qiáng)可靠性評審管理、組織監(jiān)督審查評價等，充分發(fā)揮專家作用，強(qiáng)調(diào)閉環(huán)管理。同時，應(yīng)用系統(tǒng)思維，與發(fā)動機(jī)數(shù)字化設(shè)計、生產(chǎn)、試驗等數(shù)字化流程相結(jié)合，充分發(fā)揮信息化、智能化的優(yōu)勢。

“惟有成功才能專注發(fā)展、惟有奮斗才能實現(xiàn)發(fā)展、惟有創(chuàng)新才能持續(xù)發(fā)展”?；谙到y(tǒng)思維加強(qiáng)液體火箭發(fā)動機(jī)的可靠性管理，是適應(yīng)航天“三高”發(fā)展的需要。筆者提出基于系統(tǒng)思維完善液體火箭發(fā)動機(jī)可靠性組織體系、技術(shù)體系、標(biāo)準(zhǔn)體系、流程體系和文件體系，并給出了5個體系的研究框架及后續(xù)完善思路。組織體系是基礎(chǔ)保證，標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)體系是專業(yè)支撐，流程和文件體系是規(guī)范應(yīng)用，應(yīng)用系統(tǒng)思維加強(qiáng)信息化和數(shù)字化能力建設(shè)，將5個體系實現(xiàn)系統(tǒng)一體化，從而進(jìn)一步提升液體火箭發(fā)動機(jī)的可靠性管理能力，實現(xiàn)產(chǎn)品和組織的高可靠性。